基于自旋體系的不確定關(guān)系的實驗研究

1、基于自旋體系的不確定關(guān)系的實驗研究量子物理體系有許多區(qū)別于經(jīng)典物理體系的有趣屬性 , 而不確定關(guān)系描述了 其中一個重要的方面。不確定關(guān)系大致分為兩類。其中一類描述的是不對易觀測量取值的彌散程度所滿足的約束關(guān)系 , 反映了 觀測量和量子態(tài)本身的性質(zhì) ; 這類不確定關(guān)系可以被稱為制備型不確定關(guān)系 , 量 子力學(xué)教科書中的不確定關(guān)系大多屬于這一類。 另一類不確定關(guān)系更接近海森堡 的原始思想 , 可以被稱為測量型不確定關(guān)系 ,探討的是測量中的不準(zhǔn)確性比 如, 相繼測量兩個不相容的觀測量時 , 先施加的測量的誤差與后施加的測量所遭 受的擾動之間存在著制約關(guān)系 ; 或者說, 利用聯(lián)合測量來對兩個不相容的觀

2、測量 進(jìn)行近似測量時 , 近似帶來的誤差之間存在著制約關(guān)系。本文首先簡要介紹量子力學(xué)的誕生與開展 , 以及不確定關(guān)系的梗概。隨后介 紹了三種典型的自旋磁共振體系 , 包括核磁共振體系、電子順磁共振體系和金剛 石的氮 -空位色心體系。接下來是本文的中心內(nèi)容 , 主要包括以下三個方面。 1. 制備型不確定關(guān)系 , 特別是角動量三個分量的不確定關(guān)系及其實驗檢驗。制備型不確定關(guān)系是人們較為熟知的一類不確定關(guān)系 , 存在多種表述方式 , 如基于標(biāo)準(zhǔn)差或方差的不確定關(guān)系、 基于信息熵的不確定關(guān)系等等。 其中較為著 名的不確定關(guān)系往往只包含兩個觀測量 , 而多個觀測量之間的非平庸的不確定關(guān) 系一般不能由兩個

3、關(guān)系量之間的不確定關(guān)系直接推出。角動量三個分量的某些不確定關(guān)系即是如此。我們利用單個氮 - 空位色心的 電子自旋完成了對角動量三個分量的假設(shè)干非平庸的不確定關(guān)系的實驗檢驗。2. 測量型不確定關(guān)系 , 特別是一種基于測量結(jié)果概率分布之間的統(tǒng)計距離的 不確定關(guān)系及其實驗檢驗。測量型不確定關(guān)系也開展出多種表述方式近年來, 有人提出了一種基于測量結(jié)果概率分布之間的統(tǒng)計距離的不確定關(guān) 系,其物理意義較為合理。 我們針對量子比特情形改良了這種不確定關(guān)系 ,在改良 后的關(guān)系中 , 不確定程度的下界是目標(biāo)觀測量的不相容度 ; 并且利用核磁共振技 術(shù)對改良后的不確定關(guān)系進(jìn)行了實驗檢驗。3. 基于相干的絕熱量子泵及其量子模擬實驗。 量子相干與量子不確定性緊密 相關(guān)。作為量子物理體系的根本屬性之一 , 量子相干會產(chǎn)生許多特殊的效應(yīng)。以絕 熱量子泵為例如果初態(tài)沒有能帶之間的相干 , 那么泵的輸運量往往會受到體 系拓?fù)湫再|(zhì)的制約 ; 如果初態(tài)具有帶間相干 , 那么這局部相干會對輸運量產(chǎn)生非 拓?fù)涞姆瞰I(xiàn)。初態(tài)帶間相干的這局部奉獻(xiàn)具有獨特的性質(zhì) : 它是連續(xù)可調(diào)的 ,既依賴于能 隙的大小 , 也依賴于含時參數(shù)在泵開啟階段的變化速率。 我們利用單個氮